复合构件的制作方法

1.本发明涉及复合构件。


背景技术：

2.已知陶瓷为高强度且耐热性高，但却难以产生应变。因此，在对陶瓷施加载荷时，由于缓和载荷的能力小，因此有可能产生突发性破坏。为了改善这样的特性，以往以来一直在积极地进行通过在陶瓷中配合纤维来提高强度的研究。
3.专利文献1公开了一种水泥用混合剂，其含有：在聚酯系树脂中将纤维素微细化而得到的含有纤维素纳米纤维的母料(a)；马来酸酐共聚树脂(b)；及水(c)。而且，记载了：通过将水泥用混合剂加入到水泥组合物中，从而能够使纤维素纳米纤维均匀地分散在水泥组合物中，其结果是，混凝土、砂浆等水泥成形体的强度提高。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2015-155357号公报


技术实现要素：

7.然而，水泥成形体由于主要由水合物制成，存在大量气孔，因此即使配合了纤维，也存在所得到的成形体的机械强度不充分的问题。此外，在水泥成形体中存在大量气孔的情况下，纤维与大气相接触，因此存在因长时间的使用而使纤维氧化劣化的问题。
8.本发明是鉴于这样的以往技术所具有的课题而进行的。而且，本发明的目的在于提供即使是在使用了有机质纤维的情况下也会长期稳定、进而机械强度也优异的复合构件。
9.为了解决上述课题，本发明的方案的复合构件具备：无机基体部，其是由包含金属氧化物及金属氧化氢氧化物中的至少一者的无机物质来构成；和有机质纤维，其不介由与构成无机基体部的无机物质不同的粘接物质地与无机基体部直接粘固，进而以分散于无机基体部的内部的状态存在。而且，复合构件的无机基体部的截面中的气孔率为20％以下。
附图说明
10.图1是概略地表示本实施方式的复合构件的一个例子的截面图。
11.图2(a)是将图1的复合构件的截面放大表示的概略图。图2(b)是概略地表示无机物质的粒子群的粒子界面附近的截面图。
12.图3是概略地表示本实施方式的复合构件的其他例子的截面图。
13.图4是概略地表示本实施方式的复合构件的其他例子的截面图。
14.图5(a)是表示在实施例2的试验样品中位置1的二次电子图像的图。图5(b)是表示在实施例2的试验样品中将位置1的二次电子图像进行二值化而得到的数据的图。
15.图6(a)是表示在实施例2的试验样品中位置2的二次电子图像的图。图6(b)是表示
在实施例2的试验样品中将位置2的二次电子图像进行二值化而得到的数据的图。
16.图7(a)是表示在实施例2的试验样品中位置3的二次电子图像的图。图7(b)是表示在实施例2的试验样品中将位置3的二次电子图像进行二值化而得到的数据的图。
具体实施方式
17.以下，参照附图对本实施方式的复合构件进行说明。需要说明的是，附图的尺寸比率为了说明的方便而进行夸张，有时与实际的比率不同。
18.[复合构件]
[0019]
本实施方式的复合构件100如图1中所示的那样具备：无机基体部10；和有机质纤维20，其不介由与构成无机基体部10的无机物质不同的粘接物质地与无机基体部10直接粘固。而且，在复合构件100中，有机质纤维20以分散于无机基体部10的内部的状态与无机基体部10粘固。
[0020]
无机基体部10如图2中所示的那样通过由无机物质制成的多个粒子11来构成，通过无机物质的粒子11彼此互相结合来形成无机基体部10。
[0021]
构成无机基体部10的无机物质优选含有选自碱金属、碱土类金属、过渡金属、贱金属及准金属中的至少一种金属元素。本说明书中，碱土类金属除了包含钙、锶、钡及镭以外，还包含铍及镁。贱金属包含铝、锌、镓、镉、铟、锡、汞、铊、铅、铋及钋。准金属包含硼、硅、锗、砷、锑及碲。其中，无机物质优选含有选自锌、铝及镁中的至少一种金属元素。含有这些金属元素的无机物质如下文所述的那样通过加压加热法，能够容易地形成来源于无机物质的连结部。
[0022]
无机物质更优选含有上述金属元素的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一种作为主要成分。即，无机物质优选含有50摩尔％以上的上述金属元素的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一种，更优选含有80摩尔％以上。此外，上述的金属元素的氧化物除了包含在金属元素上仅键合有氧而成的化合物以外，还包含磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐及硼酸盐。这样的无机物质由于对大气中的氧及水蒸汽的稳定性高，因此通过使有机质纤维20分散于无机基体部10的内部，能够抑制有机质纤维20与氧及水蒸汽的接触从而抑制有机质纤维20的劣化。
[0023]
构成无机基体部10的无机物质特别优选为氧化物。通过无机物质包含上述金属元素的氧化物，能够得到耐久性更高的复合构件100。此外，金属元素的氧化物优选为在金属元素上仅键合有氧而成的化合物。
[0024]
构成无机基体部10的无机物质优选为多晶体。即，优选的是，无机物质的粒子11为结晶质的粒子，无机基体部10为大量粒子11凝聚而成的基体部。通过构成无机基体部10的无机物质为多晶体，从而与无机物质是由非晶质制成的情况相比，能够得到耐久性高的复合构件100。此外，无机物质的粒子11更优选为含有选自碱金属、碱土类金属、过渡金属、贱金属及准金属中的至少一种金属元素的结晶质的粒子。此外，无机物质的粒子11优选为含有上述金属元素的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一种的结晶质的粒子。无机物质的粒子11更优选为以上述金属元素的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一种作为主要成分的结晶质的粒子。
[0025]
此外，构成无机基体部10的无机物质还优选为勃姆石。勃姆石是以alooh的组成式表示的羟基氧化铝。勃姆石具有下述特性：不溶于水，与酸及碱在常温下也几乎不反应，因
此化学稳定性高，进而由于脱水温度高达500℃前后，因此耐热性也优异。此外，勃姆石由于比重为3.07左右，因此在无机基体部10是由勃姆石制成的情况下，能够得到轻质并且化学稳定性优异的复合构件100。
[0026]
在构成无机基体部10的无机物质为勃姆石的情况下，粒子11可以是仅由勃姆石相制成的粒子，也可以是由勃姆石与勃姆石以外的氧化铝或氢氧化铝的混合相制成的粒子。例如，粒子11也可以是由勃姆石制成的相与由三水铝石(al(oh)3)制成的相混合而成的粒子。
[0027]
如上所述，构成无机基体部10的无机物质更优选含有氧化物及氧化氢氧化物中的至少一种作为主要成分。因此，无机基体部10也优选以氧化物及氧化氢氧化物中的至少一者作为主要成分。即，无机基体部10优选含有50摩尔％以上的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一者，更优选含有80摩尔％以上。但是，无机基体部10优选实质上不含水合物。本说明书中，所谓“无机基体部实质上不含水合物”是指不使无机基体部10中故意含有水合物。因此，在无机基体部10中水合物是以不可避免的杂质混入的情况下，满足“无机基体部实质上不含水合物”这一条件。此外，勃姆石由于为羟基氧化物，因此在本说明书中不包含于水合物中。
[0028]
构成无机基体部10的无机物质优选不含钙化合物的水合物。这里所谓的钙化合物为硅酸三钙(阿利特、3cao
·
sio2)、硅酸二钙(贝利特、2cao
·
sio2)、铝酸钙(3cao
·
al2o3)、铁铝酸钙(4cao
·
al2o3·
fe2o3)、硫酸钙(caso4·
2h2o)。在构成无机基体部10的无机物质包含上述钙化合物的水合物的情况下，所得到的复合构件有可能无机基体部的截面中的气孔率超过20％从而强度降低。因此，无机物质优选不含上述钙化合物的水合物。此外，构成无机基体部10的无机物质优选也不含磷酸水泥、磷酸锌水泥及磷酸钙水泥。通过无机物质不含这些水泥，无机基体部的截面中的气孔率降低，因此能够提高机械强度。
[0029]
构成无机基体部10的无机物质的粒子11的平均粒径没有特别限定。但是，粒子11的平均粒径优选为300nm～50μm，更优选为300nm～30μm，进一步优选为300nm～10μm，特别优选为300nm～5μm。通过无机物质的粒子11的平均粒径为该范围内，使得粒子11彼此牢固地结合，能够提高无机基体部10的强度。此外，通过无机物质的粒子11的平均粒径为该范围内，从而无机基体部10的内部所存在的气孔的比例成为20％以下，因此能够抑制有机质纤维20的氧化劣化。需要说明的是，本说明书中，作为“平均粒径”的值，只要没有特别言及，则采用下述值：使用扫描型电子显微镜(sem)或透射型电子显微镜(tem)等观察机构在数个～数十个视场中进行观察，作为观察到的粒子的粒径的平均值而算出的值。
[0030]
无机物质的粒子11的形状没有特别限定，例如可以设定为球状。此外，粒子11也可以为晶须状(针状)的粒子或鳞片状的粒子。晶须状粒子或鳞片状粒子与球状粒子相比，与其他粒子的接触性提高，无机基体部10的强度容易提高。因此，通过使用这样形状的粒子作为粒子11，能够提高复合构件100整体的强度。此外，作为晶须状的粒子11，例如可以使用含有氧化锌(zno)及氧化铝(al2o3)中的至少一种的粒子。
[0031]
如上所述，在复合构件100中，无机基体部10优选由无机物质的粒子群来构成。即，优选的是，无机基体部10通过由无机物质制成的多个粒子11来构成，通过无机物质的粒子11彼此互相结合来形成无机基体部10。此时，粒子11彼此可以为点接触的状态，也可以为粒子11的粒子面彼此相接触的面接触的状态。而且，有机质纤维20优选在无机基体部10的内
部以大致均匀地分散的状态存在。但是，有机质纤维20优选存在于无机物质的粒子11的粒子界面处。如图2中所示的那样，通过有机质纤维20偏在于相邻的无机物质的粒子11之间，从而有机质纤维20按照填埋无机物质的粒子11间的空隙的方式发生变形。因此，能够进一步降低无机基体部10的内部所存在的气孔的比例。
[0032]
当在复合构件100中，无机基体部10是由无机物质的粒子群来构成的情况下，也可以在相邻的无机物质的粒子11之间存在有机质纤维20。但是，如图2中所示的那样，在相邻的无机物质的粒子11之间，除了有机质纤维20以外，还可以存在包含非晶质的无机化合物的非晶质部30。通过存在非晶质部30，从而相邻的无机物质的粒子11彼此介由非晶质部30来结合，因此能够进一步提高无机基体部10的强度。此外，非晶质部30优选按照至少与无机物质的粒子11的表面相接触的方式存在。此外，非晶质部30除了存在于相邻的无机物质的粒子11之间以外，还可以存在于无机物质的粒子11与有机质纤维20之间、及相邻的有机质纤维20之间。
[0033]
非晶质部30优选包含非晶质的无机化合物。具体而言，非晶质部30可以是仅由非晶质的无机化合物形成的部位，也可以是非晶质的无机化合物与结晶质的无机化合物混合存在而成的部位。此外，非晶质部30也可以是在非晶质的无机化合物的内部分散有结晶质的无机化合物的部位。
[0034]
无机物质的粒子11及非晶质部30优选的是，含有相同的金属元素，该金属元素为选自碱金属、碱土类金属、过渡金属、贱金属及准金属中的至少一种。即，构成粒子11的无机化合物与构成非晶质部30的非晶质的无机化合物优选至少含有相同的金属元素。此外，构成粒子11的无机化合物与构成非晶质部30的非晶质的无机化合物可以化学组成相同，也可以化学组成不同。具体而言，在金属元素为锌的情况下，构成粒子11的无机化合物与构成非晶质部30的非晶质的无机化合物也可以两者都为氧化锌(zno)。此外，也可以构成粒子11的无机化合物为zno，但构成非晶质部30的非晶质的无机化合物为zno以外的含锌氧化物。
[0035]
此外，在非晶质部30为非晶质的无机化合物与结晶质的无机化合物混合存在而成的部位的情况下，非晶质的无机化合物与结晶质的无机化合物可以化学组成相同，此外也可以化学组成彼此不同。
[0036]
在复合构件100中，粒子11及非晶质部30优选含有选自碱金属、碱土类金属、过渡金属、贱金属及准金属中的至少一种金属元素的氧化物。由于这样的金属元素的氧化物耐久性高，因此能够长时间地抑制有机质纤维20与氧及水蒸汽的接触从而抑制有机质纤维20的劣化。
[0037]
粒子11及非晶质部30这两者中所含的金属元素的氧化物优选为选自氧化锌、氧化镁、以及氧化锌与氧化镁的复合体中的至少一种。如下文所述的那样，通过使用这些金属元素的氧化物，能够通过简易的方法来形成非晶质部30。
[0038]
如上所述，构成无机基体部10的无机物质也可以为勃姆石。这种情况下，无机基体部10的粒子11可以为仅由勃姆石相制成的粒子，也可以为由勃姆石与勃姆石以外的氧化铝或氢氧化铝的混合相制成的粒子。而且，这种情况下，相邻的粒子11优选介由铝的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一者来结合。即，粒子11优选的是，未通过由有机化合物形成的有机粘合剂来结合，也未通过由铝的氧化物及氧化氢氧化物以外的无机化合物形成的无机粘合剂来结合。此外，在相邻的粒子11介由铝的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一者来结合的
情况下，该铝的氧化物及氧化氢氧化物可以为结晶质，此外，也可以为非晶质。
[0039]
在无机基体部10是由勃姆石制成的情况下，勃姆石相的存在比例优选为50质量％以上，更优选为60质量％以上，进一步优选为70质量％以上。通过勃姆石相的比例增加，能够得到轻质并且化学稳定性及耐热性优异的无机基体部10。此外，无机基体部10中的勃姆石相的比例可以通过下述方式求出：在利用x射线衍射法测定了无机基体部10的x射线衍射图案后，进行里特沃尔德(rietveld)解析。
[0040]
在复合构件100中，优选无机基体部10的截面中的气孔率为20％以下。即，在对无机基体部10的截面进行观察的情况下，每单位面积的气孔的比例的平均值优选为20％以下。在气孔率为20％以下的情况下，能够将有机质纤维20密封于致密的无机物质的内部。因此，来自复合构件100的外部的氧及水蒸汽与有机质纤维20的接触率减少，因此能够抑制有机质纤维20的腐蚀，长时间地维持有机质纤维20的特性。此外，无机基体部10的截面中的气孔率优选为15％以下，更优选为10％以下，进一步优选为5％以下。无机基体部10的截面中的气孔率越小，则越可抑制有机质纤维20与氧及水蒸汽的接触，因此越能够防止有机质纤维20的氧化劣化。
[0041]
本说明书中，气孔率可以如以下那样来求出。首先，对无机基体部10的截面进行观察，判别无机基体部10、有机质纤维20及气孔。然后，测定单位面积和该单位面积中的气孔的面积，求出每单位面积的气孔的比例。在多个部位求出了这样的每单位面积的气孔的比例之后，将每单位面积的气孔的比例的平均值设定为气孔率。此外，在对无机基体部10的截面进行观察时，可以使用光学显微镜、扫描型电子显微镜(sem)或透射型电子显微镜(tem)。此外，单位面积和该单位面积中的气孔的面积也可以通过将由显微镜观察得到的图像进行二值化来测定。
[0042]
在复合构件100中，有机质纤维20为由有机化合物形成的纤维状物质，具有基于其分子量的高强度。作为这样的有机质纤维20，可以使用植物纤维及动物纤维中的至少一者。作为植物纤维，例如可列举出木质纤维、棉、麻、洋麻等。作为动物纤维，例如可列举出丝绸、羊毛、羊绒等。
[0043]
此外，作为有机质纤维20，也可以使用再生纤维、半合成纤维及合成纤维中的至少一种。作为再生纤维，可列举出人造丝及莱赛尔等。作为半合成纤维，可列举出醋酸酯及三醋酸酯等。作为合成纤维，可列举出聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚烯烃纤维、聚氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚偏氯乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氨酯纤维等。
[0044]
有机质纤维20的纤维长没有特别限定，优选为1nm～10mm，更优选为10nm～1mm。此外，有机质纤维20的纤维径也没有特别限定，优选为1nm～1mm，更优选为5nm～500μm。通过有机质纤维20具有这样的纤维长及纤维径，从而在无机基体部10的内部高分散，能够进一步提高复合构件100的机械强度。
[0045]
如上所述，有机质纤维20优选为石油来源物或植物来源物。在有机质纤维20为加工石油得到的纤维或加工植物得到的纤维的情况下，能够稳定地获得有机质纤维，因此能够得到适合于工业生产的复合构件100。
[0046]
有机质纤维20优选表面为亲水性。具体而言，有机质纤维20优选在表面具有亲水性的官能团。通过有机质纤维20为亲水性，从而当在复合构件100的制造过程中使用水作为溶剂的情况下，有机质纤维20变得不易凝聚，因此能够使有机质纤维20在无机基体部10中
高分散。此外，根据需要也可以实施用于使有机质纤维20的表面成为亲水性的处理。具体而言，也可以通过对有机质纤维20的表面用硅烷偶联剂进行处理来使其亲水化。
[0047]
此外，有机质纤维20优选为纤维素纳米纤维(cnf)。纤维素纳米纤维由于具有轻质、高强度、低热膨胀性的特征，因此通过分散于无机基体部10的内部，从而与多个粒子11密合，抑制无机基体部10的破损。此外，纤维素纳米纤维由于与水的亲和性高，因此当在制造过程中使用水作为溶剂时，纤维素纳米纤维变得容易解纤，能够在无机基体部10中高分散。
[0048]
纤维素纳米纤维没有特别限定，优选使用通过促进作为原料的纸浆的纳米解纤的方法而得到的纤维素纳米纤维。具体而言，作为纤维素纳米纤维，可以使用在表面导入了羧甲基的羧甲基化纤维素纳米纤维。此外，作为纤维素纳米纤维，可以使用将tempo(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)用于催化剂、在表面导入了羧基的tempo氧化纤维素纳米纤维。
[0049]
本实施方式的复合构件100如图1中所示的那样，有机质纤维20以与无机基体部10直接粘固的状态分散于无机基体部10的内部。如上所述，无机基体部10自身由于通过无机物质的粒子11彼此结合来形成，因此硬度高但容易脆性破坏。然而，通过使有机质纤维20分散于无机基体部10的内部，从而变得容易将无机物质的粒子11彼此通过有机质纤维20来连结。即，通过使有机质纤维20分散于无机基体部10中，从而在有机质纤维20彼此互相缠绕的同时，进而也与粒子11互相缠绕。因此，即使是在对无机基体部10施加外力的情况下，也能够抑制裂纹等的产生。此外，即使在无机基体部10中产生了裂纹，通过使有机质纤维20分散，也能够将裂纹面间连接，抑制无机基体部10的断裂。
[0050]
此外，复合构件100的截面中的气孔率为20％以下。因此，由于氧及水蒸汽与有机质纤维20的接触率减少，因此能够抑制有机质纤维20的氧化分解，长时间地维持复合构件100的机械强度。进而，无机基体部10由于内部的气孔少、无机物质变得致密，因此复合构件100能够具有高强度。
[0051]
复合构件100的形状没有特别限定，例如可以设定为板状。此外，复合构件100(无机基体部10)的厚度t没有特别限定，例如可以设定为50μm以上。复合构件100的厚度t可以设定为1mm以上，也可以设定为1cm以上。复合构件100的厚度t的上限没有特别限定，例如可以设定为50cm。
[0052]
在复合构件100中，有机质纤维20优选的是，从无机基体部10的表面10a到内部不连续地存在，并且在无机基体部10的表面10a处未以膜状存在。具体而言，有机质纤维20优选以分散于无机基体部10的内部的状态存在。此外，有机质纤维20的一部分也可以偏析于无机基体部10的内部。但是，有机质纤维20a优选不是如图3中所示那样的从无机基体部10的表面10a到内部连续地存在的状态。存在于无机基体部10的表面10a处的有机质纤维20a有可能与大气中的氧及水蒸汽相接触而发生劣化。从无机基体部10的表面10a到内部连续地存在的有机质纤维20a也有可能起因于存在于表面10a处的有机质纤维20a的氧化劣化而发生劣化。因此，从抑制有机质纤维20的劣化的观点出发，有机质纤维20优选从无机基体部10的表面10a到内部未连续地存在。
[0053]
在复合构件100中，无机基体部10优选不具有从无机基体部10的表面10a连通到内部的空隙10b。无机基体部10的内部的有机质纤维20由于被无机物质的粒子11覆盖，因此不易氧化劣化。但是，如图4中所示的那样，当在无机基体部10中存在空隙10b的情况下，有可
能氧及水蒸汽经由空隙10b而到达至无机基体部10的内部，与无机基体部10的内部的有机质纤维20相接触。因此，从抑制有机质纤维20的氧化劣化的观点出发，无机基体部10优选不具有从表面10a连通到内部的空隙10b。
[0054]
在复合构件100中，无机基体部10优选体积比率比有机质纤维20大。具体而言，有机质纤维20的体积相对于无机基体部10的体积的比例([有机质纤维的体积]/[无机基体部的体积])优选为低于20％。通过使无机基体部10的体积比率比有机质纤维20高，变得容易将有机质纤维20的周围通过无机物质的粒子11来覆盖。因此，从进一步抑制有机质纤维20的劣化的观点出发，无机基体部10优选体积比率比有机质纤维20大。
[0055]
像这样，本实施方式的复合构件100具备无机基体部10，该无机基体部10是由包含金属氧化物及金属氧化氢氧化物中的至少一者的无机物质来构成。复合构件100进一步具备有机质纤维20，该有机质纤维20不介由与构成无机基体部10的无机物质不同的粘接物质地与无机基体部10直接粘固，进而以分散于无机基体部10的内部的状态存在。而且，复合构件100的无机基体部10的截面中的气孔率为20％以下。在复合构件100中，由于使有机质纤维20分散于无机基体部10的内部，因此将无机物质的粒子11彼此通过有机质纤维20来连结，能够提高复合构件100的机械强度及韧性。进而，由于复合构件100的截面中的气孔率为20％以下，因此氧及水蒸汽与有机质纤维20的接触得以抑制，能够使有机质纤维20长时间稳定地分散。
[0056]
[复合构件的制造方法]
[0057]
接下来，对本实施方式的复合构件的制造方法进行说明。复合构件可以通过将无机物质的粒子与有机质纤维20的混合物以包含溶剂的状态进行加压并加热来制造。通过使用这样的加压加热法，从而无机物质彼此互相结合，能够形成无机基体部10。
[0058]
具体而言，首先，将无机物质的粉末与有机质纤维20混合来制备混合物。无机物质的粉末与有机质纤维20的混合方法没有特别限定，可以以干式或湿式来进行。此外，无机物质的粉末和有机质纤维20可以在空气中混合，也可以在不活泼气氛下混合。
[0059]
其中，无机物质的粉末优选平均粒径d
50
在300nm～50μm的范围内。这样的无机物质不仅处理容易，而且由于具有比较大的比表面积，因此在将混合物加压时粒子彼此的接触面积变大。因此，能够以提高无机物质彼此的粘结力的方式起作用，提高无机基体部10的致密性。
[0060]
接着，在混合物中添加溶剂。作为溶剂，没有特别限定，例如可以使用在将混合物加压及加热时能够将无机物质的一部分溶解的溶剂。此外，作为溶剂，可以使用能够与无机物质反应而生成与该无机物质不同的无机物质的溶剂。作为这样的溶剂，可以使用选自酸性水溶液、碱性水溶液、水、醇、酮及酯中的至少一种。作为酸性水溶液，可以使用ph1～3的水溶液。作为碱性水溶液，可以使用ph10～14的水溶液。作为酸性水溶液，优选使用有机酸的水溶液。此外，作为醇，优选使用碳数为1～12的醇。
[0061]
接着，将包含无机物质、有机质纤维20和溶剂的混合物填充到模具的内部。将该混合物填充到模具中之后，也可以根据需要将模具加热。然后，通过对模具内部的混合物施加压力，使模具的内部成为高压状态。此时，无机物质及有机质纤维20致密化，与此同时无机物质的粒子彼此互相结合。
[0062]
其中，在使用将无机物质的一部分溶解的溶剂来作为溶剂的情况下，在高压状态
下，构成无机物质的无机化合物溶解于溶剂中。溶解后的无机化合物浸入到无机物质与有机质纤维20之间的空隙、无机物质之间的空隙、及有机质纤维20之间的空隙中。然后，通过在该状态下除去混合物中的溶剂，从而在无机物质与有机质纤维20之间、无机物质之间及有机质纤维20之间形成来源于无机物质的连结部。此外，在使用与无机物质反应而生成与该无机物质不同的无机物质的溶剂来作为溶剂的情况下，在高压状态下，构成无机物质的无机化合物与溶剂发生反应。然后，通过反应生成的其他无机物质填充到无机物质与有机质纤维20之间的空隙、无机物质之间的空隙、及有机质纤维20之间的空隙中，形成来源于其他无机物质的连结部。
[0063]
关于包含无机物质、有机质纤维20和溶剂的混合物的加热加压条件，在使用将无机物质的一部分溶解的溶剂来作为溶剂的情况下，只要是使无机物质的表面的溶解得以进行那样的条件则没有特别限定。此外，关于该混合物的加热加压条件，在使用与无机物质反应而生成与该无机物质不同的无机物质的溶剂来作为溶剂的情况下，只要是使无机物质与溶剂的反应得以进行那样的条件则没有特别限定。例如，优选的是，将包含无机物质、有机质纤维20和溶剂的混合物加热至50～300℃之后，以10～600mpa的压力进行加压。此外，将包含无机物质、有机质纤维20和溶剂的混合物加热时的温度更优选为80～250℃，进一步优选为100～200℃。此外，将包含无机物质、有机质纤维20和溶剂的混合物加压时的压力更优选为50～400mpa，进一步优选为50～200mpa。通过将加热温度限定为这样的数值范围内，能够抑制有机质纤维的变质、消失，得到复合有无机基体部与有机质纤维的所期望的复合构件。此外，通过将压力限定为这样的数值范围内，能够得到致密并且抑制了内部应变的复合构件。
[0064]
然后，通过从模具的内部取出成型体，能够得到复合构件。此外，形成于无机物质与有机质纤维20之间、无机物质之间及有机质纤维20之间的来源于无机物质的连结部优选为上述的非晶质部30。
[0065]
其中，作为由陶瓷制成的无机构件的制造方法，以往已知有烧结法。烧结法是通过将由无机物质制成的固体粉末的集合体在低于熔点的温度下进行加热来得到烧结体的方法。但是，在烧结法中，例如将固体粉末加热至1000℃以上。因此，即使想要使用烧结法来得到由无机物质和有机质纤维制成的复合构件，也会因高温下的加热而使有机质纤维发生碳化，因此得不到复合构件。然而，在本实施方式的复合构件的制造方法中，由于将使无机物质的粉末与有机质纤维20混合而成的混合物在300℃以下的低温下进行加热，因此不易引起有机质纤维20的碳化。因此，能够将有机质纤维20与由无机物质制成的无机基体部10直接粘固。
[0066]
进而，在本实施方式的制造方法中，由于将使无机物质的粉末与有机质纤维20混合而成的混合物一边加热一边加压，因此无机物质凝聚而成为致密的无机基体部10。其结果是，无机基体部10内部的气孔变少，因此能够得到具有高强度的复合构件100。
[0067]
接下来，对构成无机基体部10的无机物质为勃姆石的复合构件100的制造方法进行说明。无机物质为勃姆石的复合构件100可以通过将水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合之后进行加压并加热来制造。水硬性氧化铝是将氢氧化铝进行加热处理而得到的氧化物，包含ρ氧化铝。这样的水硬性氧化铝具有通过水合反应来结合及硬化的性质。因此，通过使用加压加热法，使得水硬性氧化铝的水合反应进行从而水硬性氧化铝彼此互
相结合，并且晶体结构变化为勃姆石，由此能够形成无机基体部10。
[0068]
具体而言，首先，将水硬性氧化铝的粉末、有机质纤维20与包含水的溶剂混合来制备混合物。包含水的溶剂优选为纯水或离子交换水。但是，包含水的溶剂除了包含水以外，还可以包含酸性物质或碱性物质。此外，包含水的溶剂只要水为主要成分即可，例如也可以包含有机溶剂(例如醇等)。
[0069]
溶剂相对于水硬性氧化铝的添加量优选为水硬性氧化铝的水合反应可充分进行的量。溶剂的添加量优选相对于水硬性氧化铝为20～200质量％，更优选为50～150质量％。
[0070]
接着，将使水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合而成的混合物填充到模具的内部。将该混合物填充到模具中之后，也可以根据需要将模具加热。然后，通过对模具内部的混合物施加压力，使模具的内部成为高压状态。此时，水硬性氧化铝高填充化，通过水硬性氧化铝的粒子彼此互相结合从而高密度化。具体而言，通过在水硬性氧化铝中加水，从而水硬性氧化铝发生水合反应，在水硬性氧化铝粒子的表面生成勃姆石和氢氧化铝。然后，通过在模具内部将该混合物一边加热一边加压，从而生成的勃姆石和氢氧化铝在相邻的水硬性氧化铝粒子之间相互扩散，水硬性氧化铝粒子彼此逐渐结合。之后，通过利用加热来进行脱水反应，从而晶体结构由氢氧化铝变化为勃姆石。此外，据推测：这样的水硬性氧化铝的水合反应、水硬性氧化铝粒子间的相互扩散、及脱水反应几乎同时进行。
[0071]
然后，通过从模具的内部取出成型体，能够得到有机质纤维20粘固、并且多个粒子11彼此介由铝的氧化物及氧化氢氧化物中的至少一者来结合的复合构件100。
[0072]
此外，将水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合而成的混合物的加热加压条件只要是使水硬性氧化铝与该溶剂的反应得以进行那样的条件则没有特别限定。例如，优选的是，将使水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合而成的混合物加热至50～300℃，并且以10～600mpa的压力进行加压。此外，将使水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合而成的混合物加热时的温度更优选为80～250℃，进一步优选为100～200℃。此外，将使水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合而成的混合物加压时的压力更优选为50～600mpa，进一步优选为200～600mpa。
[0073]
像这样，复合构件的制造方法具有下述工序：将无机物质的粉末与有机质纤维20混合来得到混合物的工序；和将溶解无机物质的溶剂或与无机物质反应的溶剂添加到混合物中之后，将该混合物加压及加热的工序。而且，混合物的加热加压条件优选设定为50～300℃的温度且10～600mpa的压力。在本实施方式的制造方法中，由于在这样的低温条件下将复合构件100成型，因此能够抑制有机质纤维20的碳化，将有机质纤维20与无机基体部10直接粘固。
[0074]
此外，无机物质为勃姆石的复合构件100的制造方法具有下述工序：将水硬性氧化铝、有机质纤维20与包含水的溶剂混合来得到混合物的工序；和将该混合物加压及加热的工序。而且，混合物的加热加压条件优选设定为50～300℃的温度且10～600mpa的压力。在该制造方法中，由于在低温条件下将复合构件100成型，因此所得到的构件以勃姆石相作为主体。因此，能够通过简易的方法来得到轻质并且化学稳定性优异的复合构件100。
[0075]
[复合构件的用途]
[0076]
接下来，对本实施方式的复合构件100的用途进行说明。复合构件100由于如上所述能够制成机械强度高、进而厚度大的板状，因此可以用于结构物。而且，作为具备复合构
件100的结构物，优选为住宅设备、住宅构件、建材、建造物。住宅设备、住宅构件、建材及建造物由于是在人类的生活中需要较多的结构物，因此通过将复合构件100用于结构物，能够期待挖掘出新的大市场的效果。
[0077]
本实施方式的复合构件可以用于建筑构件。换言之，本实施方式的建筑构件具备复合构件100。建筑构件是为了建筑而制造的构件，本实施方式中可以在至少一部分中使用复合构件100。复合构件100如上所述可以制成厚度大的板状，进而具有高强度及耐久性。因此，可以将复合构件100作为建筑构件适宜使用。作为建筑构件，例如可列举出外壁材(板壁)、屋顶材等。此外，作为建筑构件，还可列举出道路用材料、外槽用材料。
[0078]
进而，本实施方式的复合构件还可以用于内装构件。换言之，本实施方式的内装构件具备复合构件100。作为内装构件，例如可列举出浴槽、厨房柜台、盥洗台、地面材等。
[0079]
实施例
[0080]
以下，通过实施例对本实施方式的复合构件进一步进行详细说明，但本实施方式并不受其限定。
[0081]
[试验样品的制备]
[0082]
(实施例1)
[0083]
作为无机粒子，准备了平均粒径d
50
为约1μm的氧化锌粒子(株式会社高纯度化学研究所制、纯度为99.99％)。此外，作为有机质纤维，准备了日本制纸株式会社制纤维素纳米纤维、cellenpia(注册商标)cs-01(羧甲基化纤维素纳米纤维)。然后，按照相对于氧化锌粒子而言成为5体积％的方式称量纤维素纳米纤维粉末之后，通过将氧化锌粒子与有机质纤维的粉末使用玛瑙制的研钵和研棒进行混合，得到混合粉末。
[0084]
接着，将所得到的混合粉末投入到具有内部空间的圆筒状的成形用模具(φ10)的内部。进而，在填充于成形用模具内部的混合粉末中按照相对于氧化锌粒子而言成为20质量％的方式添加1m的醋酸。然后，通过将包含该醋酸的混合粉末以100mpa、150℃、30分钟的条件进行加热及加压，得到本例子的试验样品。
[0085]
(实施例2)
[0086]
除了按照相对于氧化锌粒子而言成为10体积％的方式添加纤维素纳米纤维粉末以外，与实施例1同样地操作而得到本例子的试验样品。
[0087]
(实施例3)
[0088]
除了按照相对于氧化锌粒子而言成为15体积％的方式添加纤维素纳米纤维粉末以外，与实施例1同样地操作而得到本例子的试验样品。
[0089]
(比较例1)
[0090]
除了未添加纤维素纳米纤维粉末以外，与实施例1同样地操作而得到本例子的试验样品。
[0091]
将实施例1～3及比较例1的试验样品中的纤维素纳米纤维的添加量汇总示于表1中。
[0092]
[表1]
[0093][0094]
[试验样品的评价]
[0095]
(弯曲强度测定)
[0096]
对于各例子的试验样品，依据日本工业标准jis r1601(精细陶瓷的室温弯曲强度试验方法)来测定弯曲强度。此外，试验样品的弯曲强度是通过jis r1601的3点弯曲强度试验方法来测定的。将各例子的试验样品中的应力的最大值一并示于表1中。
[0097]
如表1中所示的那样，获知：通过添加作为有机质纤维的纤维素纳米纤维，从而弯曲应力提高，机械强度提高。特别是，获知：在纤维素纳米纤维相对于氧化锌的添加量为5～10体积％的情况下，与不添加纤维素纳米纤维的情况相比，弯曲应力提高5倍左右。
[0098]
(密度比例测定)
[0099]
首先，由各例子的试验样品的体积和质量求出比重。进而，由于氧化锌的比重为5.6，纤维素纳米纤维的比重为1.4，因此求出各试验样品的理论比重。即，在实施例1的试验样品的情况下，由于氧化锌的体积比例为95％，纤维素纳米纤维的体积比例为5％，因此理论比重为5.6
×
0.95 1.4
×
0.05＝5.39。然后，将实际的比重相对于理论比重([实际的比重]/[理论比重]
×
100)设定为密度比例(％)。将各试验样品的密度比例一并示于表1中。
[0100]
如表1中所示的那样，获知：随着纤维素纳米纤维的添加量增加，密度比例降低。即，获知：与试验样品的理论比重相比，实际的比重降低。推测其原因是由于：随着纤维素纳米纤维的比例增加，气孔增加。因此，优选按照气孔率不超过20％的方式来调整有机质纤维的添加量。
[0101]
(气孔率测定)
[0102]
首先，对作为圆柱状的实施例2的试验样品的截面实施了剖面研磨加工(cp加工)。接着，使用扫描型电子显微镜(sem)，对于试验样品的截面，以20000倍的倍率观察二次电子图像。将通过对实施例2的试验样品中的截面的3个部位(位置1～3)进行观察而得到的二次电子图像示于图5(a)、图6(a)及图7(a)中。在所观察的二次电子图像中，灰色部为氧化锌(无机物质的粒子11)，黑色部为气孔40。需要说明的是，虽然在图5、图6及图7中无法确认，但在氧化锌的粒子11之间分散有微细的纤维素纳米纤维。
[0103]
接着，通过对3个视场的sem图像分别进行二值化，从而明确气孔部分。将使图5(a)、图6(a)及图7(a)的二次电子图像进行二值化而得到的图像分别示于图5(b)、图6(b)及
图7(b)中。然后，由二值化后的图像算出气孔部分的面积比例，将平均值设定为气孔率。具体而言，由图5(b)可知，位置1的气孔部分的面积比例为4.6％。由图6(b)可知，位置2的气孔部分的面积比例为4.4％。由图7(b)可知，位置3的气孔部分的面积比例为1.6％。因此，实施例2的试验样品的气孔率为位置1～3的气孔部分的面积比例的平均值即3.5％。
[0104]
由图5、图6及图7获知：由于实施例2的试验样品的气孔率为20％以下，因此有机质纤维与大气及水蒸汽的接触得以抑制，可抑制氧化劣化。
[0105]
以上，根据实施例对本实施方式的内容进行了说明，但本实施方式并不限于这些记载，本领域技术人员自然明白可以进行各种变形及改良。
[0106]
日本特愿2019-178350号(申请日：2019年9月30日)的全部内容被援引于此。
[0107]
产业上的可利用性
[0108]
根据本技术，能够提供即使是在使用了有机质纤维的情况下也会长期稳定、进而机械强度也优异的复合构件。
[0109]
符号的说明
[0110]
10无机基体部
[0111]
20有机质纤维
[0112]
100复合构件